مجله مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره صص 3 ماهنامه علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس mme.modares.ac.ir بهینهسازي پارامترهاي مو ثر در نرخ باربرداري در ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک * مجید قریشی وحید طهماسبی دانشیار مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی تهران دانشجوي دکتراي مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی تهران * تهران صندوق پستی 9395999 ghoreishi@kntu.ac.ir اطلاعات مقاله مقاله پژوهشی کامل دریافت: 6 آذر 39 پذیرش: مهر 393 اراي ه در سایت: مهر 393 کلید واژگان: ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک دي الکتریک گازي روش سطح پاسخ نرخ باربرداري چکیده در این مقاله یکی از جدیدترین فراینده يا ماشینکاري تحت عنوان ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک که از مهمترین تفاوته يا آن در مقایسه با تخلیه الکتریکی معمولی استفاده از دي الکتریک گازي و سرعت دوران الکترود ابزار است مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن ولتاژ دهانه ماشینکاري جریان زمان روشنی و خاموشی پالس فشار گاز دي الکتریک و سرعت دوران الکترود به عنوان متغیرهاي ورودي مو ثر در فرایند بهینهسازي به روش سطح پاسخ براي بهبود ماشینکاري از نظر نرخ باربرداري صورت پذیرفته است. با توجه به انجام و تحلیل آزمایشها میتوان نتیجه گرفت هرچه ولتاژ دهانه ماشینکاري جریان نسبت زمان روشنی پالس به خاموشی پالس فشار گاز ورودي و سرعت دوران الکترود بیشتر باشند نرخ باربرداري بیشتر خواهد بود و براي زمان روشنی پالس یک مقدار بهینه وجود دارد که بسته به شرایط آزمایش تعیین میشود. همچنین نرخ باربرداري در این فرایند در مقایسه با ماشینکاري تخلیه الکتریکی معمولی در شرایط یکسان بهبود یافته است. Optimization of material removal rate in dry electrodischarge machining process Majid Ghoreishi *, Vahid Tahmasbi Department of Mechanical Engineering, KNT University of Technology, Tehran, Iran * P.O.B. 9395999 Tehran, Iran, ghoreishi@kntu.ac.ir ARTICLE INFORMATION Original Research Paper Received 7 Decembers 3 Accepted 3 October Available Online October Keywords: Dry electrodischarge Machining (Dry EDM) Gaseous Dielectric Response Surface Methodology (RSM) ABSTRACT In this paper, dry electrodischarge machining (Dry EDM), one of the newest machining processes which differs mainly from conventional EDM in using gaseous dielectric along with tool electrode rotation, has been studied. Gap voltage, discharge current, pulseontime, pulseoff time, dielectric gas pressure, and electrode rotational speed have been considered as effective input parameters. Response surface methodology (RSM) has been used to optimize the machining performance with respect to material removal rate (MRR). Base on the results and analysis of running experiments, it can be concluded that MRR increases by increasing gap voltage, discharge current, the ratio of pulseon time over pulseoff time, input gas pressure, and electrode rotational speed. There also exists an optimum amount of pulseon time determined according to the machining circumstances. Also the material removal rate in dry EDM has been improved compared with that in conventional EDM in identical conditions. مقدمه ماشینکاري تخلیه الکتریکی یکی از پرکاربردترین روشهاي ماشینکاري غیر سنتی است که در سالهاي اخیر مطالعات و پژوهش پیرامون آن در حال گسترش است. اساس ماشینکاري تخلیه الکتریکی بر پایه اثرات حرارتی ناشی از تخلیه الکتریکی است []. یکی از مهمترین تحقیقات در این حوزه جایگزین کردن دي الکتریک مایع فرایند با حالت گازي و یا ترکیبی از دو حالت است []. ماشینکاري در حالت گازي را خشک و در حالت ترکیب گاز و مایع را نیمه خشک یا نزدیک به خشک مینامند [3]. اولین مقاله علمی که در باره ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک به چاپ رسیده در سال 95 توسط مرکز تحقیقات سازمان فضایی امریکا است که در آن براي سوراخکاري از گازهاي هلیوم و آرگون استفاده شده بود [].پس از این تحقیق در سالهاي بعد تحقیقات وسیعتري پیرامون ديالکتریک گازي در فرایند ماشینکاري تخلیه الکتریکی صورت پذیرفت که رفتهرفته منجر به معرفی فرایندي تحت عنوان ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک شد. پس از سازمان فضایی آمریکا کانیودا و همکارانش در دانشگاه توکیو ژاپن به صورت جدي تحقیق بر روي این فرایند را آغاز کردند و در سال 997 خصوصیات اصلی ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک را ابراز داشتند که در آن بیان شده بود براي انجام فرایند میبایست از الکترود چرخان با جداره ضخیم استفاده شود و همچنین بیان نمودند اثرات زیست محیطی و آلودگیهاي فرایند کام لا NASA Please cite this article using: براي ارجاع به این مقاله از عبارت ذیل استفاده نمایید: M. Ghoreishi, V. Tahmasbi, Optimization of material removal rate in dry electrodischarge machining process, Modares Mechanical Engineering, Vol., No., pp. 3, (In Persian)
[]. این حذف شده و به یکی از پاكترین فرایندهاي ماشینکاري تبدیل شده است []. در سال 7 آلبرت شین و همکاران براي اولین بار ماشینکاري تخلیه الکتریکی نیمهخشک را مطرح نمودند. در این تحقیق ديالکتریک به کار رفته ترکیبی از مایع و گاز (در این تحقیق از ترکیب آب و هواي معمولی) است و در حالتهاي سوراخکاري و سیمبرش مورد استفاده قرار گرفت که بهبود فرایند سیمبرش از لحاظ پارامتري ماشینکاري و افزایش صافی سطح و دقت ابعادي در فرایند سوراخکاري نسبت به ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک مطرح شده است. اما نرخ برادهبرداري ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک بالاتر است [3]. درسال 9 ساهاو همکارش در دانشگاه صنعتی کامپور کشور هند به بهینه سازي پارامترهاي مو ثر در ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک به روش شبکه عصبی پرداختند و همچنین درباره تعداد و هندسه سوراخهاي پیشانی الکترود نکاتی را بیان داشتند که در نوع خود حاي ز اهمیت است [5]. در سال جوشی و همراهانش در دانشگاه بمبي ی هند به بررسی پارامترهاي مو ثر بر سوراخکاري تخلیه الکتریکی خشک در نرخ براده برداري پرداختند که آزمایشها به روش تاگوچی طراحی و تحلیل شده است [6]. بار دیگر در سال جوشی و همکارانش مقالهاي را در باره استفاده از الکترود با حالت ضربهاي و بهرهگیري از نیروهاي مغناطیسی براي ارتعاش همزمان با دوران الکترود در ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک اراي ه دادند که منجر به بهبود نرخ برادهبرداري شده است [7]. علت استفاده از دي الکتریک در فرایند ماشینکاري تخلیه الکتریکی خنککاري ایجاد شرایط لازم براي ماشینکاري در دهانه ماشینکاري و همچنین دور کردن برادهها از دهانه ماشینکاري است []. ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک فرایندي است که در آن به جاي استفاده از دي الکتریک مایع از انواع گازها به عنوان مایع دي الکتریک استفاده می [6]. شود ماشینکاري تخلیه الکتریکی نیمه خشک فرایندي است که از ترکیب همزمان گاز و مایع به عنوان دي الکتریک استفاده میشود.[] در این مقاله پارامتر هاي مو ثر در فرایند سوراخکاري ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک به منظور بهبود نرخ برادهبرداري به روش سطح پاسخ مورد بررسی قرار گرفته است و به منظور بیان و توجیه استفاده از این فرایند در مواردي که نرخ باربرداري مهم است مانند خشن تراشی یک مقایسه در شرایط یکسان با ماشینکاري تخلیه الکتریکی معمولی انجام شده است. مزایاي فرایند تخلیه الکتریکی خشک در شکل نشان داده شده است. از جمله می توان به مواردي نظیر سازگاري با محیط زیست پایین بودن هزینه هاي فرایند ساده شدن ابزار و تجهیزات بهینه شدن پارامترهاي ماشینکاري و ارزان بودن دي الکتریک اشاره کرد [9]. روش آماري سطح پاسخ روش سطح پاسخ از جمله روشه يا ریاضی و آماري است که براي مدلسازي و تحلیل مساي لی که پاسخ تحت تا ثیر چندین متغیر قرار میگیرد استفاده میشود و هدف آن مدلسازي و بهینهسازي این پاسخ است []. اساس سطح پاسخ بر طراحی آزمایشها و بهینهسازي آماري استوار است. طرح آزمایش به عنوان ابزاري مناسب مهندسان براي در توسعه و اصلاح و صرفهجویی در وقت و هزینه هاي آزمایشها و رفع عیوب آنها به کار گرفته میشود و استفاده به موقع از آن سبب کاهش زمان تولید و هزینهها میشود نقطه بهینه روش این شکل برخی مزایاي ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک روش میتواند نمودارهاي خروجی مناسبی را جهت مشخص کردن در میان چندین پارامتر به محقق اراي ه دهد []. همچنین این قابلیت را دارد که رابطه بین وروديها و خروجیه يا مدلسازي کرده به صورت یک معادله ریاضی اراي ه کند [3]. نرخ باربرداري از جمله خروجیه يا بسیار مهم در طی یک آزمایش را فرایند ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک بوده و از اهمیت زیادي برخوردار است. لازم به ذکر است در مقالهاي که پیرامون این فرایند انجام شده مشخص شد در صورت استفاده از گاز اکسیژن و الکترود جدار ضخیم مسی چرخان نرخ باربرداري از میلیمتر مکعب در دقیقه به 6 میلیمتر مکعب در دقیقه رسیده است که براي خشنتراشی بسیار مفید خواهد بود و در صورت استفاده از الکترود گرافیتی و بخار نیتروژن در بخش پرداخت نهایی صافی سطح از میکرون به /7 میکرون بهبود یافته است که به نوبه خود بسیار حاي ز اهمیت [5]. است در این مقاله اثر متغیرهاي ورودي ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک از قبیل ولتاژ دهانه ماشینکاري جریان زمان روشنی پالس متغیر 3 درصد نسبت زمان روشنی پالس به خاموشی پالس که تحت عنوان %D بیان میشود فشار گاز دي الکتریک و سرعت دوران الکترود بر روي نرخ باربرداري به روش سطح پاسخ بررسی میشود و در نهایت شرایط لازم براي رسیدن به حالت بهینه مشخص میشود. در پایان در شرایط یکسان نرخ باربرداري در این فرایند با ماشینکاري تخلیه الکتریکی مقایسه شده است. 3 مواد و تجهیزات آزمایش در این مقاله از الکترود مسی خالص به قطر میلیمتر به عنوان ابزار و از گاز اکسیژن به عنوان دي الکتریک در ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک استفاده شده است. قطعه کار نیز از جنس فولاد آلیاژي با قابلیت عملیات حرارتی است. در این تحقیق براي انجام آزمایشها از دستگاه اسپارك انارك استفاده شده است و همچنین کلگی ماشینکاري گازي براي اولین بار در کشور در دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ساخته شده و با شماره اختراع 756 ثبت شده است []. تصویر ماشین ابزار و کلگی جدید آن در شکل و شکل 3 آمده است. جریان گاز از داخل الکترود از طریق یک سوراخ میلیمتري به سیستم اعمال میشود. مدلسازي ریاضی و شیوه انجام آزمایش اولین قدم در استفاده از روش سطح پاسخ یافتن رابطه ریاضی موجود بین 3 Duty Factor Taguchi Method Parameters مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره
+α 7 7 3 فاکتورهاي ورودي ولتاژ دهانه ماشینکاري( V ) جریان تخلیه (A) زمان روشنی پالس (µs) درصد نسبت زمان روشنی پالس به خاموشی پالس %D فشار گازاکسیژن (kpa) سرعت دوران الکترود α جدول مقادیر کد شده فاکتورهاي ورودي آزمایش 5 7/5 55 56 5 9 5/3 5 5 6 6 (rpm) 6 شکل دستگاه اسپارك مورد استفاده در آزمایشها شکل 3 دستگاه ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک پاسخ آزمایش و مجموعه متغیرهاي ورودي آزمایش به صورت تقریبی است زیرا در این روش در ابتدا رابطه بین پاسخ و متغیرهاي ورودي آزمایش که در این مقاله عبارتند از ولتاژ دهانه ماشینکاري جریان زمان روشنی پالس متغیر درصد نسبت خاموشی پالس به روشنی پالس فشار گاز دي الکتریک و سرعت دوران الکترود ابزار. در این تحقیق آزمایشها بر پایه طراحی مرکب مرکزي پ شی (CCD) بنا شدهاند. متغیرهاي مورد بحث در این آزمایش مطابق جدول در 5 سطح و به همراه مقادیر آنها آورده شده اند. نهایتا مطابق با نتایجی که براي نرخ برداري بدست خواهد آمد مدلسازي ریاضی براي این آزمایش به شکل یک معادله رگرسیون خطی درجه دو ایجاد خواهد شد که این معادله آماري از نقاط دادهاي جدول عبور کرده و یا در نزدیکترین حالت نسبت به آنها قرار میگیرد. نرمافزار مینیتب نسخه 6 براي تحلیل و تفسیر نتایج و همچنین بدست آوردن ضرایب معادله ریاضی حاکم بر آزمایش استفاده شده است. براي 3 تحلیل آماري نتایج از آنالیز واریانس استفاده میشود و بنابراین براي بینی نرخ باربرداري در هر حالت در فرایند ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک این نتایج قابل استفاده میباشد. با توجه به طراحی آزمایش صورت گرفته به روش سطح پاسخ براي تعداد فاکتور ورودي توسط نرمافزار و تعیین فاکتور = α با توجه به امکانات و شرایط آزمایش تعداد 53 آزمایش براي رسیدن به هدف به دست آمد که به همراه مقادیر بدست آمده براي نرخ باربرداري در جدول اراي ه شده است لازم به ذکر است براي جلوگیري از خطاهاي احتمالی آزمایشها به صورت تصادفی انجام شدهاند و از انجام آزمایشها به ترتیب جدول خودداري شده است. شماره V (V) جدول آزمایشهاي انجام شده و مقادیر نرخ باربرداري MRR (mm 3 / min) /63 /9 /5 /5 /7 /5 /5 3/6 /9 /5 / /9 / /33 3/6 /6 /9 /77 / /7 /7 / /57 /5 /77 5/9 /99 /9 Factor N (rpm) P (kpa) (µs) I (A) 3 5 6 7 9 3 5 6 7 9 3 5 6 7 9 Regression Minitab 3 ANOVA 5 مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره
/33 / /7 /7 /5 / /5 /6 /93 /3 /97 /9 / /3 3/9 / /9 /5 /9 / / /9 /9 /9 3 3 3 33 3 35 36 37 3 39 3 5 6 7 9 5 5 5 53 5 تحلیل دادهها و نتایج آزمایش با توجه نتایج به دست آمده براي نرخ باربرداري تحلیل و اصلاح مدلسازي و حذف عوامل غیر مو ثر جدول آنالیز واریانس و ضرایب معادله رگرسیون حاکم برمسا له به صورت غیر کد شده براي نرخ باربرداري در جدول 3 آمده است. لازم به ذکر است که متغیرهایی در فرایند مو ثر هستند که مقدار p آمده با توجه به قابلیت اطمینان 95 درصد براي آنها از /5 کمتر باشد. بدست با توجه به نتایج به دست آمده از جدول آنالیز واریانس و اصلاح مدل معادله رگرسیون منطبق شده با مدل به صورت کد شده براي نرخ باربرداري بر حسب متغیرهاي ورودي ماشینکاري به صورت زیر خواهد بود: MRR =.59+.9Vg+.5Id+. +o.375+.675p+.5n +.379I. +.5Vg P +.7 Id +.56Id P +.365Id N.36 +.65 P N () همچنین RSq = 93.% مدل و RSq(adj) = 9.56% است که نشان دهنده دقت بسیار خوب مدلسازي به روش سطح پاسخ به کار رفته میباشد و همچنین نمودارهاي مربوط به تحلیل و پراکندگی باقیمانده ها در شکل شماره آمده است که بسیار مناسب و منطبق هستند. 6 اثر پارامترهاي مو ثر بر نرخ باربرداري براي تحلیل دقیق اثر پارامترهاي مو ثر در فرایند انجام شده میبایست به دقت اثر فاکتور اصلی و بر هم کنشهاي مو ثر فاکتورها را مورد تحلیل قرارداد که در این بخش به اثر هریک از فاکتورها پرداخته خواهد شد. در تحلیل نمودار هاي اثر برهم کنش فاکتورهاي مو ثر سایر متغیرها در حالت تعادل آزمایشها ترمها ثابت جدول 3 ضرایب معادله رگرسیون درمدل هاي اولیه و اصلاح شده (نقطه مرکزي) در نظر گرفته شده اند. 6 اثر ولتاژ دهانه ماشینکاري با توجه به مقدار مدلسازي اولیه ضریب معادله رگرسیون مقدار P Pvalue جدول آنالیز واریانس براي فاکتور ولتاژ میتوان نتیجه گرفت ولتاژ دهانه ماشینکاري نسبت به دیگر پارامترها اثر کمتري روي فرایند دارد. با توجه به اثر فاکتور ولتاژ که در شکل 5 اراي ه شده است. میتوان گفت که هرچه ولتاژ دهانه ماشینکاري بیشتر باشد نرخ باربرداري بیشتر خواهد بود اما اگر اثر بر هم کنش این فاکتور با فاکتور فشار را که در شکل 6 آمده است مورد بررسی قرار گیرد ملاحظه میشود علاوه بر مورد فوق در فشارهاي خیلی بالا با ولتاژ خیلی کم نیز میتوان به نرخ باربرداري مطلوب دست یافت. اما در مجموع با در نظر داشتن هر دو نمودار بهتر است براي بدست آوردن مقادیر مطلوب نرخ باربرداري ولتاژ ضریب معادله رگرسیون اصلاح شده مقدار P / /7 / /5 / / / /37 /3 /7 /3 / / / /7 / /9 /775 /3 /6 /37 /33 /6 /63 /33 /6 /9 /3 /567 /33 / /5 / /5 / / / /5 /5 /6 /9 /69 /3 /67 /737 /39 /37 /77 /9 /9 /3 / /56 /7 /5 /65 /5 /59 /63 / /9396 /75 /3 /6 /3 /9 /7 /6 /36 /95 / /5 /5 /7 /33 / /3 /6 /9 /3 /56 / /75 /37 /3 /5 Vg I P N Vg Vg I I P P N N Vg I Vg Vg Vg P Vg N I I I P I N P N P N P N دهانه ماشینکاري در بیشترین مقدار آن تنظیم شود. البته بیان این نکته مهم است که به طور کلی Center point Coded Unit مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره 6
99. 9 5 6.5..5..5..5...5... 3.6 پراکندگی باقیمانده ها باقیماندهها باقیماندهها باقیماندهها درصد پراکندگی نوسان..5..... 5 5 5 3 35 شماره آزمایش باقیمانده ها 5 5 شکل نمودار هاي مربوط به توزیع باقیمانده ها P (kpa) 3 5 5.....6 تغییرات ولتاژ ممکن است در مشخصه هاي ماشینکاري اثر قابل توجهی نداشته باشد زیرا ولتاژي که بر روي ماشین تنظیم میشود ولتاژ منبع قدرت بوده (ولتاژ مدار باز) و ولتاژ دهانه ماشینکاري که در آن اسپارك رخ میدهد معمولا / تا /5 این ولتاژ است []. در این مسا له نیز با توجه به اثر برهم کنش و فشار و ولتاژ و زینی شکل بودن نمودار اثر ولتاژ در این مسا له قابل توجه نیست و نکته علمی گفته شده در باره اثر ولتاژ در ماشینکاري تخلیه الکتریکی در این مورد صدق میکند. شکل 6 اثر برهم کنش فاکتور ولتاژ و فشار 6 اثر جریان تخلیه الکتریکی با توجه به این که ضریب معادله رگرسیون براي فاکتور جریان بیشترین مقدار است میتوان نتیجه گرفت که اثر این متغیر در نرخ باربرداري نسبت به دیگر فاکتورهاي فرایند بیشتر است. شکلهاي 7 تا این نکته را نشان میدهند که هر چه جریان تخلیه بیشتر باشد نرخ باربرداري بیشتر خواهد بود. با افزایش جریان انرژي تخلیه شده در دهانه ماشینکاري بیشتر شده و چاله مذاب عمیقتر و بزرگتري تولید میکند که منجر به افزایش نرخ باربرداري میشود []. در تمامی نمودارهاي برهم کنش جریان با فاکتورهاي زمان خاموشی پالس و فشار گاز ورودي و سرعت دوران ابزار بیشترین نرخ باربرداري در مقدار آمپر قابل ملاحظه است. و هرچه جریان افزایش مییابد نرخ باربرداري بیشتر میشود. همانطور که در تمامی نمودار ملاحظه میشود با افزایش جریان میزان نرخ باربرداري افزایش مییابد. 3 6 اثر زمان روشنی پالس 6....6 V(v) V(v). 6 با توجه به نتایج به دست آمده از شکل شماره میتوان نتیجه گرفت که در ابتدا با افزایش زمان روشنی پالس میزان باربرداري بیشتر میشود ولی با افزایش بیشتر نرخ باربرداري کم خواهد شد و شکل نمودار داراي یک اکسترمم نسبی است که محدوده مقدار زمان روشنی پالس براي رسیدن به بیشترین مقدار باربرداري را مشخص میسازد.. نمودار بدست آمده کاملا با.....6.. 6 9 V(v) 5 شکل 5 اثر فاکتور اصلی ولتاژ بر نرخ باربرداري 7 مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره
منحنیهاي مشخصه در ماشینکاري اسپارك مطابقت دارد. همانطور که در نمودار ملاحظه میشود در ابتدا با افزایش زمان روشنی پالس نرخ باربرداري به دلیل انرژي بیشتر در دهانه افزایش مییابد و به یک حداکثري رسیده و پس از آن دیگر افزایش زمان روشنی اثر مناسبی نخواهد داشت. دلیل آن این است که با افزایش بیشتر زمان روشنی قطر ستون پلاسما افزایش مییابد و تمرکز انرژي بر روي سطح کاهش یافته و منجر به چالههاي مذاب کوچکتر و با عمق کمتر میشود. در نتیجه افزایش زمان روشنی پالس تا حد معینی مناسب است []. با در نظر گرفتن اثر بر هم کنش فاکتورهاي %D و که در شکل آمده نتیجه بدست آمده از شکل تا یید میشود و با افزایش %D و به سمت یک مقدار بیشینه بیشترین مقدار نرخ باربرداري حاصل میشود که در این تحقیق زمان روشنی پالس برابر با مقدار 3µs است. 5 3 I(A) شکل 7 اثر متغیر جریان 6 6 اثر زمان خاموشی پالس در بسیاري از ماشین هاي تخلیه الکتریکی از جمله ماشین ابزار مورد استفاده به جاي تنظیم زمان خاموشی پالس (Toff) از نسبت درصد زمان روشنی پالس به خاموشی پالس بهره گرفته می شود و تحت عنوان %D بیان میشود. شکل هاي 3 و همگی نشان میدهند با کاهش زمان خاموشی پالس و 7 6 5.. 3.. 5..6 3 3.6..6.6..9 5. 7.5..5 I(A) 5. 7.5 شکل اثر بر هم کنش فاکتور جریان و %D.. 3.7.6.5..3. P (kpa) 5 5.6.. 3.. 5. ا.6 (μs) شکل اثر فاکتور اصلی زمان روشنی پالس بر نرخ باربرداري 7 6 5 55.7.5 7.95 3.6.6.6 5. 7.5..5 I(A) 5. 7.5. شکل 9 اثر بر هم کنش متغیر جریان و فشار گاز ورودي.. 3.6. 6. 5. 5. 3.5.95 N (rpm) N(rpm) 6.6..7 3..5. 3 5 (μs).7 6 7 شکل اثر بر هم کنش فاکتورهاي زمان روشنی پالس و %D 5. 7.5..5 I(A) I(A) 5.. 7.5. شکل اثر بر هم کنش متغیر جریان و سرعت دوران الکترود مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره
افزایش نسبت %D نرخ باربرداري افزایش میابد. شکل 3 اثر فاکتور اصلی %D را نمایش میدهد. شکل بر هم کنش فاکتور %D و سرعت دوران الکترود را نمایش می دهد و ملاحظه میشود با افزایش مقدار باربرداري افزایش مییابد. شبیه شکلهاي و نرخ در مورد زمان خاموشی پالس توضیح این نکته ضروري است که در ماشینکاري تخلیه الکتریکی با کاهش زمان خاموشی پالس نرخ باربرداري افزایش مییابد ولی از طرف دیگر باید توجه داشت که کم کردن بیش از حد این زمان سبب میشود تا زمان کافی به ديیونیزه شدن ديالکتریک داده نشود و شرایط پس از اسپارك اول براي اسپارك بعدي آماده نگردد و منجر به جرقه ناخواسته شود که این هم به نوبه خود سبب ناپایداري فرایند ماشینکاري میشود []. در این مسا له نیز ملاحظه میشودد که زمان خاموشی پالس یه شدت تحت تا ثیر میزان دور ابزار قرار دارد (شکل ). در ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک براي آن که ستون پلاسما و حالت پایدار ماشینکاري شکل گیرد فاصله دهانه ماشینکاري نسبت به حالت دي الکتریک مایع بسیار کمتر است. لذا اگر بین یک نقطه از ابزار و یک نقطه از قطعه کار مدت زمان بیشتري جریان برقرار شود به سرعت شرایط ناپایدار میشود. لذا با دوران سریعتر الکترود ابزار این فرصت از دو نقطه مزبور گرفته شده و نقطه دیگري در ابزار جایگزین میشود و پایداري شرایط بهتر میشود. لذا اگر دور دستگاه کم باشد به منظور جلوگیري از ناپایدار شدن سیستم میبایست زمان خاموشی پالس افزایش یابد و متغیر %D کم شود. این نکته به وضوح در شکل قابل ملاحظه است. پس در دورهاي بالا به راحتی می توان زمان خاموشی پالس را کمتر کرد و هرچه دور دستگاه افزایش یابد می توان زمان خاموشی پالس را نیز کمتر کرد و به بهترین مقدار نرخ باربرداري دست یافت. 5 6 اثر میزان فشار گاز ورودي تا به حال فاکتورهاي ورودي که مورد بررسی قرار گرفتند فاکتورهاي مشترك بین هر دو حالت خشک و معمولی بودند. فشار ورودي و سرعت دوران الکترود فاکتورهاي ویژه ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک هستند. شکل 5 اثر فاکتور اصلی فشار گاز ورودي به دي الکتریک را نمایش میدهد. همانطور که ملاحظه میشود با افزایش فشار ديالکتریک گازي نرخ باربرداري افزایش مییابد. افزایش فشار گاز ورودي باعث افزایش پایداري ستون پلاسما در دي الکتریک گازي میشود و همچنین با توجه به شستشوي بهتر دهانه و خروج ذرات و اکسید شدن بهتر برادهها به افزایش نرخ باربرداري کمک میکند. نمودارهاي برهم کنش فاکتور فشار گاز ورودي و ولتاژ (شکل 6) و برهم کنش جریان تخلیه و فشار گاز ديالکتریک (شکل 9) این نکته را تا یید میکنند. پایداري بهتر شرایط آزمایش به علت تراکم بیشتر گاز در دهانه و امکان اکسید کردن سطح باربرداري شده و خنککاري و شستشوي بهتر دهانه در کنار افزایش جریان در ماشینکاري سبب بهبود پایداري و افزایش نرخ براده برداري میشود. 6 6 اثر سرعت دوران ابزار چرخش الکترود یکی از ملزومات ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک است. در فرایند تخلیه الکتریکی خشک با توجه به کاهش شدید دهانه ماشین کاري نسبت به حالت ماشینکاري تخلیه الکتریکی معمولی اگر دوران الکترود نباشد به علت ایجاد جرقه ناخواسته و اتصال کوتاه در فرایند ماشینکاري متوقف میشود. لذا هنگامی که ابزار دوران دارد پس از ایجاد یک جرفه بین یک نقطه از ابزار و قطعه کار به علت دوران ابزار نقطه قبلی جاي خود را براي جرقه بعد به یک نقطه جدید خواهد داد و لذا با ایجاد جرقه جدید فرایند ادامه مییابد و هرچه دوران سریعتر باشد این جابهجایی نقاط بهتر انجام 3..5..5 شکل 3 اثر فاکتور اصلی %D بر نرخ باربرداري..7 3.3 56 7 3.9. 3.6.3. 3....9..7 N (rpm) 6.5...6.5 6 P(kPa) 3 شکل 5 اثر فاکتور اصلی فشار گاز ورودي بر نرخ باربرداري Arc 3. 5 6 7 شکل اثر برهم کنش فاکتورهاي سرعت الکترود و %D 9 مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره
خواهد شد و فرایند پایدارتر میشود و با بهتر شدن شرایط ماشینکاري نرخ باربرداري بهبود مییابد. شکل 6 این نکته را بیان میکند که با افزایش دور ابزار نرخ باربرداري افزایش مییابد و با توجه به ضرایب معادله رگرسیون اثر دور ابزار از فشار گاز ورودي بیشتر است همچنین اثر برهم کنش این فاکتور با زمان خاموشی پالس در جاي خود مورد بررسی قرار گرفت (شکل ). 7 6 اراي ه بهینه ترین حالت انجام زمایش ها با توجه نتایج بیان شده از تحلیل نمودارها و مدلسازي ریاضی حاکم بر آزمایش نرمافزار نیز یک پیشنهاد بهینه را معرفی و مقدار بیشینه نرخ باربرداري را پیشبینی میکند که در جدول به آن اشاره شده است. ملاحظه میشود همان نتایجی که از تحلیل آزمایشها بیان شده با دقت بسیار خوبی تا یید شده و میتوان به نرخ باربرداري بیش از میلیمتر مکعب بر دقیقه دست یافت. 7 مقایسه ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک و معمولی به طور کلی اگر پارامترهاي ورودي ماشینکاري مشترك یعنی ولتاژ جریان زمان روشنی و خاموشی پالس در حالت تخلیه الکتریکی خشک و معمولی یکسان باشد نرخ باربرداري در حالت خشک به مراتب از حالت معمول بیشتر خواهد بود نرخ سایش ابزار در حالت خشک کمتر خواهد بود اما زبري سطح در حالت معمول از زبري سطح در حالت خشک بهتر خواهد بود که علت آن استفاده از گاز اکسیژن است که براي خشنتراشی توصیه شده است. در جدول 5 دو آزمایش یکی در حالت خشک و دیگري در حالت معمولی در شرایط یکسان اراي ه شدهاند: بهینهسازي نرم افزار آزمایش حالت آزمایش حالت معمولی حالت خشک N (rpm) شکل 6 اثر فاکتور اصلی سرعت الکترود بر نرخ باربرداري جدول بهینه سازي انجام شده توسط نرم افزار MRR (mm 3 /min) /9 /5 N (rpm) P (kpa) 3 3 7 7 (µs) 3/ 3 I (A) V (V) جدول 5 آزمایش مقایسه اي حالت خشک و معمولی شکل 7 مقایسه نرخ باربرداري در حالتهاي معمولی و خشک ملاحظه میشود که در شرایط یکسان نرخ باربرداري به مراتب در حالت خشک بهتر از حالت معمول شده است که در شکل 7 ملاحظه میشود. نتیجه و جمعبندي با توجه به موارد بیان شده میتوان نتیجه گرفت که فرایند ماشینکاري تخلیه الکتریکی خشک از جمله فرایندهاي ماشینکاري براي دستیابی به نرخ باربرداري بالا در ماشینکاري غیرسنتی و مخصوصا در حالت خشنتراشی است. با انجام تحقیقات وسیعتر بر روي این فرایند از جمله نوع گاز و ترکیب آن با مایع دي الکتریک در حیطه هاي مختلف ماشین کاري تخلیه الکتریکی خشک از جمله فرز و سیم برش میتوان به طور قابل ملاحظهاي این فرایندها را بهبود بخشید. در این تحقیق میتوان نتیجه گرفت هرچه ولتاژ دهانه ماشینکاري جریان نسبت زمان روشنی پالس به خاموشی پالس فشار گاز ورودي و سرعت دوران الکترود بیشتر باشند نرخ باربرداري بیشتر خواهد بود و براي زمان روشنی پالس یک مقدار بهینه وجود دارد که بسته به شرایط آزمایش تعیین میشود. در آزمایشهاي انجام شده با در نظر گرفتن ولتاژ دهانه ماشینکاري با مقدار ولت و جریان آمپر و زمان روشنی پالس 3 میکروثانیه و درصد نسبت زمان روشنی پالس به خاموشی پالس %7 و مقدار فشار 3 کیلوپاسکال و سرعت دوران دور بر دقیقه میتوان به نرخ باربرداري بالاي میلیمتر مکعب بر دقیقه دست یافت که با انجام این آزمایش در عمل این موضوع مورد تا یید قرار گرفت. همچنین باید گفت این در این فرایند به طور کلی نرخ باربرداري نسبت به حالت معمولی به مراتب بهتر شده است. 9 تقدیر و تشکر نویسندگان مقاله برخود لازم میدانند از زحمات جناب آقاي مهندس حسن محمد علی بیگی که در ساخت دستگاه ماشین ابزار و اطلاعات مربوط به آن از هیچ کوششی فروگذار نکردند تشکر نموده و مراتب سپاس خود را از آزمایشگاه ماشینکاري مخصوص دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی و پرسنل و دانشجویان آن اعلام دارند. مراجع. 6.75 حالت خشک حالت معمولی. 7. 6. 5.. 3.... [] M.Ghoreishi, Electrical discharge machining, Second Edittion, Tehran: KNT University of Technology, pp., 9. (In Persian) [] Kunieda M., Yoshida M., Taniguchi N, Electrical Discharge machining in gas, CIRP Annals Manufacturing Technology, Vol. 6, pp. 3 6,997. [3] Kao CC., Tao J., Shih AJ, Near dry electrical discharge machining, MRR (mm 3 /min) /3 6/75 3.5 3..5..5. N (rpm) P (kpa) 3 5 7 7 (µs) 5 5 I (A) 9/5 9/5 V (V) مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره
discharge machining, in The 3th International Conference on Manufacturing and Production, Tehran, Iran,. (In Persian) [] Douglas C. Montgomery, Design and analysis of experiments, 7th Edittion, pp. 576, New York: John Wiley and Son,. [] Hsieh CS, Zhu H, Wei TY, Chung ZJ, Yang WD, Ling YH, Applying the experimental statistical method to deal the preparatory conditions of nanometricsized TiO powders from a twoemulsion process, Journal of Eur Ceram Soc, Vol., pp. 77 3,. [] Hou TH, Su CH, Liu WL, Parameters optimization of a nanoparticle wet milling process using the taguchi method response surface method and geneticalgorithm, journal of Powder Technol, Vol. 73, pp. 536, 7. [3] A. Nekahi, K. Dehghani, Modeling the thermo mechanical effects on baking behavior of low carbon steels using response surface methodology, journal of Materials and Design, Vol. 3, pp. 35 35,. [] M. Ghoreishi, V. Tahmasbi, Transducer Design and Manufacture of electrical discharge machines Spark of dielectric liquid to gas, Iran Patent No. 756,. (In Persian) International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 7, No. 5, pp. 73, 7. [] NASA, InertGas electricaldischarge machining, NASA Technical Brief No. NPO566, Vol. 6, No. 9, pp. 9, 9. [5] S. Sourabh K. Saha, S.K. Choudhury, Experimental investigation and empirical modeling of the dry electric discharge machining process, International Journal of Machine Tools & Manufacture, Vol. 9, pp. 97 3, 9. [6] Govindan P., Joshi SS, Experimental characterization of material removal in dry electrical discharge drilling, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 5, No. 5, pp. 3 3,. [7] S. Joshi, P. Govindan, A. Malshe., K. Rajurkar, Experimental characterization of dry EDM performed in a pulsating magnetic field, CIRP Annals Manufacturing Technology, Vol. 6, pp. 39,. [] J. Tao, A.J. Shih, J. Ni, Experimental study of the dry and neardry electrical discharge milling processes, ASME Journal of Manufacturing Science and Engineering, Vol. 3, pp. 9,. [9] M. Ghoreishi, V. Tahmasbi, S. Assarzadeh, Dry and neardry electrical مهندسی مکانیک مدرس اسفند 393 دوره شماره